[发明专利]用于对通过转子的流进行控制的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种用于对通过转子的流进行控制的系统和方法。例如，本发明的各特定实施例可对通过转子的分流流体量进行控制，以加热转子。

背景技术

燃气涡轮机广泛应用于工业生产和商业运作中。典型的燃气涡轮机包括位于前部的压缩机、位于中间的一个或多个燃烧室和位于尾部的涡轮机。压缩机向工作流体(例如，空气)施加动能，以产生压缩的工作流体并使之处于高能状态。随后，压缩的工作流体离开压缩机并流向燃烧室，在燃烧室中，压缩的工作流体与燃料混合并燃烧，从而产生高温高压的燃烧气体。燃烧气体流向涡轮机，在涡轮机中，燃烧气体膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮机中膨胀可使连接至发电机的轴旋转以使发电机发电。

压缩机和涡轮机通常共用一个公用转子，所述公用转子从压缩机的前部附近延伸、通过燃烧室部分、到达涡轮机的后部附近。由于受转子长度和大小的影响，转子的总重量可能接近或超过100吨。燃气涡轮机启动期间，由于压缩的工作流体流过压缩机而燃烧气体流过涡轮机，因此转子的外部比转子的内部热得快，从而在转子廓线上形成温度梯度。转子廓线上的温度梯度所产生的大量热应力通常与Tmax-Tave成比例。Tmax为转子廓线上的最高温度。在压缩机部分，Tmax可接近离开压缩机的压缩的工作流体的温度，在涡轮部分，Tmax可接近进入涡轮机的燃烧气体的温度。Tave为转子廓线上的平均温度，在燃气涡轮机冷启动期间，最初为环境温度。转子上的热应力会持续到转子廓线上的温度达到平衡为止，可能是12小时或更长时间，这实质上减少对转子低循环疲劳的限制。

所属领域已知的各种系统和方法均可用于减少转子上的热应力。例如，工艺流体可从压缩机中分流通过转子，从而降低Tmax与Tave之间的温差，并在较短时间内达到平衡温度。然而，流体分流会减少压缩机产生压缩的工作流体的量，从而降低压缩机的效率。此外，当分流流体重新引入压缩机气流中时，便形成湍流，而且所述湍流可使压缩机叶片成层状分离。因此，一种用于对通过转子的流进行控制的改良系统和方法将很有用。

发明内容

以下说明将阐明本发明的各方面内容和优点，或者，这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。

本发明的一项实施例为一种用于对通过转子的流进行控制的系统。所述系统包括转子中的入口和转子中的出口。所述出口与所述入口成流体连通。可变孔设置于所述入口或出口中的至少一个口中。

所述系统进一步包括设置于所述转子中所述入口与所述出口之间的多个通道。所述可变孔包括一个阀。所述可变孔具有第一位置和第二位置，其中所述第一位置允许流体通过所述入口或所述出口中的至少一个口，且其中所述第二位置阻止流体通过所述入口或所述出口中的至少一个口。所述系统进一步包括一个连接到所述可变孔的控制器，所述控制器向所述可变孔产生信号，其中所述信号以温度为依据，或者以时间为依据。

本发明的另一项实施例为一种用于加热转子的系统。所述系统包括通过转子的流体通道。阀设置于流体通道中，用以对通过流体通道的流体流进行控制。

所述阀具有第一位置和第二位置，其中所述第一位置允许所述流体流过所述流体通道，且其中所述第二位置阻止所述流体流过所述通道。所述系统进一步包括一个连接到所述阀的控制器，所述控制器向所述阀产生信号，其中所述信号以温度为依据，或者以时间为依据。

本发明还可包括用于对通过转子的流进行控制的任何方法。所述方法包括对工艺流体进行分流，并使分流工艺流体流过转子中的流体通道。所述方法进一步包括减少通过转子中的流体通道的分流工艺流体流。

所述方法进一步包括对来自一台压缩机中的所述工艺流体进行分流；包括依据预定的温度界限减少通过所述转子中所述流体通道的分流工艺流体流，或者包括依据预定的时间界限减少通过所述转子中所述流体通道的分流工艺流体流。所述方法进一步包括运行一个阀以减少通过所述转子中所述流体通道的分流工艺流体流；及向所述阀产生信号，其中所述信号以温度为依据、或者以时间为依据。

所属领域的一般技术人员可通过查看说明书的内容来更好地了解此类实施例的特征和方面，以及其他内容。

附图说明

本说明书的其余部分参考附图，针对所属领域一般技术人员，完整且可实现地详细披露了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1为根据本发明的一项实施例的转子的简化截面图；

图2为沿着线A--A截得的图1所示转子叶轮的一侧的透视图；以及